论文总字数：21551字

摘 要

无线电能传输系统是一种集电磁感应耦合理论、现代电力电子能量变换技术及控制理论为一体的新型电能传输模式。随着科技的不断进步，无线电能传输技术备受人们关注，尤其在一些特殊场合，无线电能传输技术克服传统有线供电的一些弊端，可以极大地提高设备供电的可靠性、便捷性和安全性。

本文在讲述无线电能传输技术发展历史和现状的基础上，重点论述了磁耦合感应式无线电能传输技术的基本原理、松耦合变压器特性及提高传输效率的方法。

运用MATLAB软件，设定仿真参数及电路模型，探究不同互感系数下的感应式无线电能传输系统的特性。最后针对对感应式无线电能传输技术应用热点及发展前景进行了探讨与展望。

关键词：无线电能传输；感应式 ；原理

Simulation study of contactless inductive power transmission device

Abstract

The radio energy transmission system is a new power transmission mode which integrates the electromagnetic induction coupling theory, the modern power electronic energy conversion technology and the control theory as a whole.With the continuous progress of Technology,The technology of radio transmission has received much attention，Especially in some special occasions, the radio can transfer technology to overcome some of the shortcomings of the traditional cable power supply，It can greatly improve the reliability, convenience and safety of the power supply.

This paper is based on the history and status quo of the development of radio transmission technology,The basic principle, the loose coupling transformer characteristic and the method of improving the transmission efficiency of the magnetic coupling inductive radio transmission technology are discussed in this paper. By MATLAB software,Set simulation parameters and circuit model,The characteristics of inductive radio transmission system under different mutual inductance is explore.At last, the hotspot and Prospect of the application of inductive radio energy transmission technology are discussed and discussed.

Key word:Radio transmission;Induction type;Principle

目 录

摘要 II

Abstract III

第一章 无线电能传输的背景及发展现状 1

1.1无线电能传输的背景 1

1.2发展现状 3

1.2.1国外研究现状 3

1.2.2国内研究现状 4

1.3应用领域 4

1.3.1电能无线传输的市场现状 4

1.3.2电能无线传输技术的应用现状 5

第二章 感应式无线电能传输的基本原理 6

2.1感应式无线电能传输系统 6

2.2感应式无线电能系统硬件 9

2.2.1 感应式无线电能传输系统结构 9

2.2.2 变压器模型及SS补偿原理 9

2.2.3 倍压整流电路 10

2.2.4 PFC电路 11

2.2.5 逆变电路 11

2.3松耦合变压器原理及结构分析 12

2.4稳定性分析 14

2.4.1 初、次级补偿拓扑下的系统模型 14

2.4.2 系统稳定性 17

2.5相控电路与动态调谐电路 19

2.5.1系统频率影响因素分析 20

2.5.2基于动态调谐方式的系统频率稳定性措施 22

2.6线圈形状和几何参数 25

2.6.1电感的计算 26

2.6.2耦合随位移变化特性的分析 28

第三章 感应式非接触电能装置仿真分析 31

第四章 总结与展望 36

参考文献 37

致谢 40

第一章 无线电能传输的背景及发展现状

1.1无线电能传输的背景

第二次工业革命使人类进入电气时代。无论是分布在电网，高电压或所有家电产品种类，直接接触传播是电能的主要传输方式。以电缆线为传输载体的传统电能传输方式，会产生电火花，电缆线路老化，设备供电的可靠性和安全性的得不到保障，还和容易降低设备的使用寿命^[1,2]。一方面在矿石开采、海下操作等一些特殊场合，电缆线供电存在的缺陷很有可能造成严重的后果，如爆炸、火灾及设备的损坏等，存在很大的安全问题和经济损失问题。而且繁琐的电线，会给人们工作生活带来不小的困扰。此外，植入体内的医疗设备长时间电能维持很难保证。攻克难题，人们创造了无导线的电能传输方式，即无线电能传输。无线传输的实现将使电力中的应用更广泛、更灵活的。

无接触式电能传(contactless powertransfer，CPT)，又称为无线电能传输(wireless power transfer，WPT)，是指电力从发电到负荷的一种能量传输无直接联系^[31]。电力能量无线输送的方式一直是人类期待的电能传输途径。早在19 世纪中后期，无线电能传输技术（ Wireless Power TransferTechnology）就被闻名的电气工程师尼古拉·特斯拉得出，并尝试了相对应的实验分析，受早期技术、财力等因素的限制，该技术没有落实到实处，但同样为后来无线电能传输技术的打下了理想的基石。电磁波理论的发展，对自由空间光波导传输的可行性进行理论计算的高保，以及数据和实验分析。到90年代初期，日本的H. Yagi 等人发明了一种可用于无线电能传输的定向天线（又称八木-宇田天线）^[3]，可将能量通过微波形式传输，综合上述研究成果雷声公司（Raytheon）的布朗（W.C.Brown）等在丰富的研究前提下，策划了一个高效，半导体二极管整流天线结构简单，直流功率微波整流，此后，微波是无线能量传输的重要形式。如今，通过微波传输电能有实现大功率、远间距输送的特性，另外激光作为一种崭新的非接触能量传输方式也运用到长间距的电能输送^[4,5]。

到80年代，非接触能量传输技术主要以耦合形式，创造出电动牙刷、手机、电动汽车等相关产物，新西兰奥克兰大学波依斯（Boys）教授为首的小组，经过长时间的研究取得了很多重大成果，实现了国家地热公园载人游览车的无线供电试验系统。对于Magne-chargeTM系统，美国汽车工程协会制定了非接触感应电能传输技术进行电动汽车充电的统一标准——SAEJ.1773^[6,7]，但其技术严格要求磁路设计，导致传输间距较低（多在厘米范围内），大功率无线能量传输开发中，该无线传输形式具有很大的局限性。

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